1. O FENÔMENO DA REFRAÇÃO
O experimento abaixo é bem simples de realizar e ilustra este fenômeno.
Com o copo vazio, não é possível o observador enxergar a moeda na posição que se encontra. Porém, ao colocar água no copo, a moeda se torna visível.
A luz sofre um desvio ao passar de um meio (água) para outro meio (ar). A passagem desse feixe de um meio para outro é conhecida como refração da luz.
A velocidade e o comprimento de onda da luz mudam quando o raio de luz atravessa a superfície que divide os dois meios (dioptro).
A frequência depende apenas de quem forma a onda e não do meio que ela se propaga, por isso não se altera neste fenômeno.
1.1 Índice de refração (n)
A luz sofre um desvio quando passa de um meio para outro devido a mudança na sua velocidade. Pense que cada meio oferece uma “resistência” ao movimento da luz.
Para medir essa resistência, os físicos introduziram o índice de refração absoluto (n), que compara a velocidade da luz em um determinado meio (v), com a velocidade da luz no vácuo (c).
\(n = \frac{c}{v}\)
No vácuo, o índice de refração é n = 1, o menor possível, pois v = c.
\(n = \frac{c}{v} = \frac{c}{c} = 1\)
No ar, a velocidade pouca muda em relação ao vácuo e seu valor é muito próximo de 1. Para efeito de cálculos, nAR = 1.
A análise da fórmula acima algumas conclusões:
O índice de refração e a velocidade da luz no meio são inversamente proporcionais. Quanto maior o valor do índice de refração, menor será a velocidade da luz naquele meio e maior a dificuldade da luz para atravessá-lo.
Quanto maior o valor de n maior o desvio do feixe de luz.
1.2 O índice de refração das cores
Observe a tabela abaixo que mostra o índice de refração de um tipo de vidro para as diferentes cores. Em um mesmo meio, a luz vermelha possui menor índice de refração e a luz violeta o maior índice de refração.
|
cor |
n |
|
Vermelho |
1,513 |
|
Laranja |
1,514 |
|
Amarelo |
1,517 |
|
Verde |
1,519 |
|
Azul |
1,528 |
|
Violeta |
1,532 |
1.3 Classificação dos meios
Entre dois meios onde ocorre a refração, o que apresenta maior índice de refração é denominado mais refringente e o que apresenta menor índice de refração é denominado menos refringente.
2. LEI DE SNELL – DESCARTES
Observe a figura abaixo com os elementos importantes no estudo da refração.
- Dioptro: superfície que separa os dois meios.
- Normal: linha imaginária perpendicular à superfície que divide os dois meios (dióptro).
- Ângulo de incidência: o ângulo entre o raio incidente (raio de luz no meio 1) e a normal.
- Ângulo de refração: o ângulo entre o raio refratado (raio de luz no meio 2) e a normal.
A Lei de Snell-Descartes foi proposta em 1621 pelo físico holandês Villebrod Snell e pelo físico francês René Descartes.
1a Lei da refração
- O raio incidente, a normal e o raio refratado são coplanares, ou seja, estão no mesmo plano.
- 2a Lei da Refração ou Lei de Snell-Descartes
\({n_1}.sen\left( i \right) = {n_2}.sen\left( r \right)\)
Onde:
n1 e n2 – índice de refração dos meios 1 e 2, respectivamente.
sen (i) – seno do ângulo de incidência.
sen (r) – seno do ângulo de refração.
2.1 Comportamento da luz
É importante compreender com a luz se comporta na refração. Isso ajuda na resolução de exercícios teóricos e de cálculos.
Quando a luz passa de um meio menos refringente para um meio mais refringente, o raio de luz se aproxima da normal.
O ângulo de refração é menor que o ângulo incidente.
Quando a luz passa de um meio mais refringente para um meio menos refringente, o raio de luz se afasta da normal.
O ângulo de refração é maior que o ângulo incidente.
Quando um raio de luz incide sobre a normal, não há desvio do raio.
3. DISPERSÃO LUMINOSA
Isaac Newton observou que a luz branca se decompunha em várias cores quando atravessava um prisma. Isso ocorre, pois o índice de refração é diferente para cada cor dentro de um meio diferente do vácuo (neste meio, as cores possuem a mesma velocidade).
O menor índice de refração é para a luz vermelha e o maior índice de refração é para a luz violeta. Por isso, a luz violeta desvia mais que a luz vermelha.